پنج کنترل فرآیندی حیاتی برای نصب و راه‌اندازی GIS
این مقاله به طور خلاصه مزایا و ویژگی‌های فنی تجهیزات GIS (سیستم تجهیزات برق با عایق گازی) را توصیف کرده و بر چندین نقطه کلیدی کنترل کیفیت و اقدامات کنترل فرآیند در حین نصب مکانی تأکید می‌کند. تأکید شده است که آزمون‌های تحمل ولتاژ مکانی تنها بخشی از کیفیت کلی و دقت نصب تجهیزات GIS را منعکس می‌کنند. تنها با تقویت کنترل کیفیت جامع در طول کل فرآیند نصب، به ویژه در زمینه‌های کلیدی مانند محیط نصب، مدیریت جاذب، پردازش حجره گازی و آزمون مقاومت حلقه، می‌توان اطمینان از عملکرد ایمن و هموار تجهیزات GIS را تضمین کرد.
با توسعه سیستم‌های برق، نیازهای بالاتری برای عملکرد مکانیکی و الکتریکی تجهیزات اصلی زیرстанیون وجود دارد. به عنوان نتیجه، تجهیزات الکتریکی پیشرفته‌تر در زیرستانیون‌ها به طور گسترده‌تری استفاده می‌شوند. در میان آنها، سیستم تجهیزات برق با عایق گازی (GIS) به دلیل مزایای متعدد خود، کاربرد گسترده‌تری پیدا کرده است. بنابراین، نصب و راه‌اندازی مکانی GIS به یک جنبه مرکزی در ساخت زیرستانیون تبدیل شده است.
1. ویژگی‌های فنی تجهیزات GIS
ساختار فشرده با مساحت کوچک
قابلیت اعتماد عملیاتی بالا و عملکرد ایمنی عالی
حذف تأثیرات خارجی نامطلوب
دوره نصب کوتاه
نگهداری آسان و فواصل بازرسی طولانی
2. نقاط کنترل فرآیند کلیدی و اقدامات کنترل در نصب GIS
به دلیل یکپارچگی بالا و طراحی فشرده تجهیزات GIS، هر غفلت در نصب مکانی ممکن است خطرات پنهانی را برجای گذارد که می‌تواند منجر به خرابی تجهیزات یا حتی حوادث شبکه شود. بر اساس تجربیات نصب چندین زیرستانیون GIS، کنترل دقیق روی جنبه‌های کلیدی زیر در حین نصب و راه‌اندازی ضروری است.
2.1 کنترل محیط نصب
گاز SF₆ به رطوبت و آلاینده‌ها بسیار حساس است، بنابراین محیط نصب مکانی باید به صورت دقیق کنترل شود. چون در حین نصب حجره‌های گازی باز می‌شوند، کار باید فقط در آب و هوای خشک و روشن و با رطوبت محیطی کمتر از 80٪ انجام شود. پس از باز کردن یک حجره، پردازش خلاء باید بدون وقفه ادامه یابد تا زمان قرار گرفتن در معرض حداقل شود. برای نصب‌های خارجی، سرعت باد نباید بیش از مقیاس بوفورت 3 باشد. در صورت لزوم، تدابیر محافظت محلی حول منطقه باز حجره باید اعمال شود و تولید غبار در منطقه ایمن باید به صورت دقیق کنترل شود. منطقه نصب باید تمیز و مرتب باشد.
شخصnel باید لباس یا دستکش‌هایی با الیاف آزاد نپوشند. مو باید کاملاً با کلاه پوشیده شود و ماسک چهره باید پوشیده شود. در شرایط دما بالا، تدابیر خنک‌سازی باید اتخاذ شود تا جلوی ورود رطوبت از طریق عرق به حجره گرفته شود.
2.2 مدیریت جاذب در حجره‌های گازی GIS
جاذب استفاده شده در GIS معمولاً مولکول‌سیف 4A است که رسانای الکتریکی نیست، دارای ثابت دی الکتریک پایین و بدون غبار است. آن دارای ظرفیت جذب قوی است و می‌تواند دمای بالا و مواجهه با قوس الکتریکی را تحمل کند. جاذب باید در فرّن خلاء در دمای 200–300°C برای 12 ساعت خشک شود. فوراً پس از خشک شدن، باید در 15 دقیقه از بین برده و در حجره نصب شود. حجره‌ای که جاذب در آن نصب شده است باید فوراً پردازش خلاء شروع کند تا زمان قرار گرفتن در معرض هوا حداقل شود.
قبل از نصب، جاذب باید وزن گرفته و ثبت شود تا در آینده برای نگهداری مرجع باشد. اگر وزن در زمان بازرسی بیش از 25٪ افزایش یابد، این نشان‌دهنده جذب رطوبت قابل توجه است و نیاز به تجدید حیات دارد. جاذب از حجره‌های خاموش‌کننده قوس نمی‌تواند تجدید حیات شود.
2.3 پردازش خلاء حجره‌های گازی
پردازش خلاء باید فوراً پس از مونتاژ حجره شروع شود. یک شیر چک باید در خط لوله اتصال نصب شود و شخص اختصاصی باید فرآیند را نظارت کند تا جلوی بازگشت روغن پمپ به حجره در صورت قطع برق گرفته شود. ابتدا پمپ خلاء باید شروع شود تا عملکرد صحیح آن تأیید شود و سپس تمام شیرهای خط لوله باز شوند. در زمان توقف، شیرها باید قبل از خاموش کردن پمپ بسته شوند.
پس از رسیدن فشار مطلق داخلی به کمتر از 133 Pa، پمپ خلاء باید به مدت 30 دقیقه اضافه ادامه یابد و سپس متوقف و جدا شود. فشار مطلق (PA) پس از 30 دقیقه استراحت ثبت می‌شود. پس از 5 ساعت استراحت بیشتر، فشار (PB) دوباره خوانده می‌شود. حجره به عنوان خوش‌ختم شناخته می‌شود اگر PB – PA < 67 Pa باشد. تنها پس از عبور از این آزمون ختم، گاز SF₆ مؤهل می‌تواند به حجره شارژ شود.
در حین پردازش خلاء، باید از وضعیت‌های طولانی که یک طرف یک عایق دیسکی (insulator disk-type) تحت فشار کاری اسمی و طرف دیگر تحت خلاء بالا قرار گرفته است، اجتناب کرد، زیرا این می‌تواند باعث آسیب مکانیکی شود. در صورت لزوم، فشار طرف تحت فشار باید به کمتر از 50٪ از مقدار اسمی کاهش یابد.
2.4 زمین‌بندی پوشش
به دلیل چیدمان داخلی متراکم GIS، فاصله الکتریکی بین هادی‌ها و بین هادی‌ها و پوشش فلزی بسیار کوچک است. در صورت خرابی داخلی، جریان‌های خطای بزرگ از طریق هادی‌های زمین‌بندی به شبکه زمین‌بندی می‌روند. علاوه بر این، چون پوشش GIS از ماده فلزی حلقه‌ای بسته ساخته شده است، خطاهای نامتقارن سیستم می‌توانند به دلیل القای مغناطیسی ولتاژ‌های قابل توجهی را روی پوشش القا کنند که می‌تواند باعث خرابی تجهیزات یا خطر برای کارکنان شود.
بنابراین، کارکرد زمین‌بندی باید به استانداردهای بالا برسد. برای زیرستانیون‌های استفاده‌کننده از GIS، استفاده از شبکه‌های زمین‌بندی مسی توصیه می‌شود تا مقاومت کلی زمین‌بندی کاهش یابد. تمام اتصالات بین پوشش و شبکه زمین‌بندی باید از ماده مسی استفاده کنند. به دلیل وجود عایق‌های دیسکی و مهر و موم‌های کaut between gas chambers, bonding copper bars must be installed between enclosures. The cross-sectional area of these bonding bars should match that of the main grounding grid.
GIS uses a multi-point grounding scheme. The number and location of grounding points should follow manufacturer and design specifications.
2.5 Main Circuit Resistance Testing
Main circuit resistance testing is crucial in GIS installation. It not only verifies the integrity of contact connections between modules but also confirms the correct phase sequence of the main busbar. For fully enclosed switchgear, correct phasing and reliable connections are especially critical. In practice, rework has occurred due to incorrect phasing or improper conductor connections.
Manufacturers typically provide standard contact resistance values for internal connections. Loop resistance should be tested segment by segment during assembly, allowing early detection and correction of poor contacts. The measured resistance for each section must not exceed the sum of the manufacturer’s specified values for all connections within that section.
After full assembly, a complete loop resistance test should be performed, and the result must not exceed the theoretical calculated value.
Special Note: Loop resistance testing must not be performed on chambers undergoing vacuum processing. Under sub-atmospheric pressure, the dielectric strength inside the chamber is extremely low. Even a few dozen volts can cause surface discharge on disk-type insulators, leaving discharge traces that become weak insulation points and potential fault sources during operation. Therefore, careful checks must be conducted before any resistance measurement to avoid testing on evacuated chambers.
2.6 Withstand Voltage Test
SF₆ gas’s excellent insulation properties enable GIS to achieve compact design. GIS uses grounded aluminum alloy enclosures, and under operating pressure, the gap between internal conductors or between conductors and the grounded enclosure is very small. Due to high factory pre-assembly, critical components are shipped pre-installed. However, component displacement during transport or introduction of tiny impurities during on-site installation can distort internal electric field distribution. Unlike porcelain-insulated equipment, even minor burrs or particles in GIS interrupters can cause abnormal discharge or breakdown.
Therefore, on-site withstand voltage testing serves as the final defense to verify GIS performance and installation quality.
According to acceptance test regulations, the on-site test voltage is 80% of the factory test voltage. For example, for a 110 kV GIS, the main circuit withstand test voltage is 80% of the factory test voltage: 230 kV × 80% = 184 kV, applied for 1 minute. The test should be conducted at least 24 hours after complete gas filling. Surge arresters and voltage transformers should not be included in the test. High-voltage outgoing cables should be tested together after being connected to the GIS. Before the test, insulation resistance should be measured and confirmed satisfactory.
Test Procedure: Increase voltage at a rate of 3 kV/s to the rated operating voltage (63.5 kV), hold for 1–3 minutes to observe equipment status, then raise to 184 kV and maintain for 1 minute. Repeat this procedure for each phase.
GIS that passes the withstand voltage test may be put into service. However, this test cannot detect all potential defects. In service, GIS must withstand not only power-frequency voltage but also lightning and switching overvoltages. The breakdown field strength of SF₆ gas varies with voltage type. For coaxial cylindrical electrode systems, the 50% breakdown voltage of SF₆ can be empirically expressed as:
U₅₀ = (AP + B)μd
Where:
P — Chamber pressure
d — Electrical clearance (mm)
μ — Electric field utilization factor
A, B — Constants dependent on voltage waveform
Thus, breakdown voltage varies with voltage type and polarity. Different internal defects exhibit different sensitivities to various voltage waveforms. Power-frequency AC voltage is sensitive to insulation breakdown caused by moisture, impurities, or metal particles in SF₆, but less sensitive to surface scratches or poor conductor surface conditions.
Therefore, power-frequency withstand tests cannot detect all internal defects. Enhancing process controls during installation and improving overall installation quality remain the most important measures to ensure safe GIS operation.
3. Conclusion
This paper analyzes key process and quality control points in the on-site installation and commissioning of GIS equipment. It demonstrates that on-site withstand voltage testing can only partially reflect the overall quality and workmanship of installed GIS. More importantly, it highlights that only through strict control of every installation process—ensuring full compliance with procedures and work instructions—can GIS equipment be safely and reliably commissioned from the outset.
It is hoped that this summary may serve as a useful reference for colleagues in the power construction industry.
